浅谈煤焦油加氢预处理问题分析及优化措施

黄铭 赵娟

摘 要：我国经济的快速发展，人们生活水平的提高，对于能源需求与日俱增，我国能源消耗量正在不断增大，石油作为主要的生产所用能源，因为国内石油能源的不足，很多石油是从国外进口而来，为了缓解我国石油能源紧张的情况，探索燃料油生产技术很有必要。当前，从中低温煤焦油中通过加氢制作燃料油的技术工艺已经实现了成功的尝试和应用，这种技术工艺能够有效提供燃料油，且成本更低，更环保，值得推广使用。

关键词：煤焦油加氢预处理问题；优化措施

引言

经济的快速发展使我国各行业有了新的发展空间。煤焦油加氢精制裂化工艺是将煤焦油切割为小于480℃煤焦油馏分和大于480℃的煤沥青。小于480℃的煤焦油馏分进行加氢处理以生产轻重芳烃，煤沥青可用于调合重质燃料油或生产改质沥青。

1 油水分离优化设计

煤焦油原料在进装置前都需要脱除水。煤焦油中含有水有几方面的危害，一是引起加热炉操作波动，另外水气化需要消耗燃料增加能耗；二是原料中大量水气化后引起装置压力变化，恶化各控制回路；三是对催化剂造成危害，高温操作的催化剂如果长时间接触水分，容易引起催化剂表面活性金属组分的老化聚结，催化剂颗粒发生粉化，堵塞反应器。煤焦油脱水可以通过罐区沉降切水、离心机脱水、常压塔蒸馏脱水，具体过程如下。（1）罐区沉降切水。煤焦油初次脱水应在煤焦油原料罐区进行，可分为原料油中水的沉降和脱除两个过程。为了脱水，煤焦油罐采用三个，一个用于接收油，第二个进行水、於渣的沉降并脱除，第三个出料，原料从此罐进入装置。（2）进装置离心机，进行离心分离，脱除煤焦油中的水。（3）煤焦油进入常压塔，通过蒸馏水和轻油进入常压塔顶油水分离罐，通过沉降分离出来。由于煤焦油与水的密度很接近，罐区脱水及通过离心机效果很差，通过常压脱水，常压塔顶分离罐轻油和水的密度非常接近，油水在常压塔顶分离罐分不出来。在常压塔顶部注入煤焦油加氢产生稳定塔分离出的间隔烃，能有效降低塔顶分离罐的轻油密度，密度从920kg/m3降到790kg/m3，油水能完全分离，并增加一油水分离罐。

2 工艺说明

煤焦油主要是通过对煤进行干馏和气化工艺实施中获取的液体产物中的一种物质，煤焦油呈黑色或者是黑褐色，是一种具有刺激性臭味的液体，状态比较粘稠，煤焦油更是很多稠环化合物和含有氧（O）、氮（N）、硫（S）杂环化合物的来源。根据不同的裂解温度，可以将煤焦油划分为低温煤焦油（温度在450-550℃之间）、中温煤焦油（温度在600-800℃之间）以及高温煤焦油（温度在1000℃），不同的干馏温度，对于煤焦油的性质会产生很大的影响作用。中低温煤焦油的烃类构成和天然石油很相似，只不过中低温煤焦油的氧（O）、氮（N）和芳烃含量要比天然石油高出很多，且碳氢比较高、原料不饱和程度也较高，金属、杂质以及残炭含量较高，因此，针对煤焦油进行加工，以期获得与天然石油相近的成分含量，存在一定的困难。

3 煤焦油悬浮床加氢裂化工艺

自主开发的重油悬浮床加氢裂化工艺的基础之上，开发出了煤焦油悬浮床加氢裂化工艺。该技术采用油溶性Mo、Ni等催化剂，此类催化剂由于有机配体的存在，具有很好的分散性能、加氢活性，能够有效抑制反应体系中大分子芳烃自由基的缩合，延缓生焦、结焦的发生。此外，该工艺设计了独特的双向排料环流反应器，使得反应器内物料流速增加几十倍以上，能够有效减缓焦炭在反应器底部的积存及反应器壁的结焦现象的发生。以中温煤焦油常压渣油为原料，选用油溶性Mo/Ni复配催化剂，在反应温度425℃、反应压力125MPa的条件下进行了悬浮床加氢中试实验，生焦率仅为1.17%，而汽油馏分、柴油馏分及蜡油馏分收率之和为88.28%。此外，油溶性催化剂多采用价格昂贵的Mo、Ni、Co等金属作为活性组分，所以降低成本是该工艺实现工业化应用的关键。

4 加热炉结焦问题及优化

减压加热炉是煤焦油预处理的关键设备之一，其功能将大于300℃煤焦油馏分油，通过加热至360～380℃，让煤焦油中小于480℃馏分油从减压塔中很好的分离。某煤焦油加氢装置預处理部分，减压加热炉只能维持运行一个月，压降从0.3MPa升高到0.7MPA，需要不断的进行反复停车烧焦。经过分析可能有以下几种原因。（1）原料焦油性质不稳定。煤焦油是炼焦工业煤热解生成产物，常温下是一种黑色粘稠液体，其化学组成复杂。煤焦油含有大量的烯烃、多环芳烃等不饱和烃及硫、氮化合物，酸度高、胶质含量高，煤焦油作为加热炉的原料在加热炉中发生了复杂的化学反应，进入减压加热炉的原料煤焦油性质不稳定，从而导致加热炉在高温下结焦。（2）火焰扑烧加热炉炉管。加热炉的炉管处于高温燃烧环境下运行，工艺要求对温度控制极为严格。由于炉内火焰分布不均匀，炉内各温度区域分布不稳定，热力在炉内的分布程度差，或火焰中心偏斜，出现火焰扑烧加热炉炉管的现象，将造成受热面局部结渣或积灰，会使管子之间的吸热严重不均。在燃烧过程中火焰分布不均而出现有局部火焰扑管或舔管的现象，必然造成炉管受热不均匀而出现局部管壁超温，从而导致炉管局部温度过高，炉管结焦。根据现场DCS数据，减压加热炉对流段温度较高，火焰扑烧加热炉炉管，原减压加热炉设计炉负荷偏小，从现场加热炉DCS运行反馈，辐射段温度明显偏高达到600℃。经改造并联一台相同负荷加热炉，辐射段温度降低到561℃，结焦问题得到解决，减压加热炉能长期稳定运行。

5 低温煤焦油加氢制燃料油的加工技术和工艺

相对来说比较复杂，具有一定的难度，通过加氢的方法，去掉煤焦油原料中的氧（O）、氮（N）以及金属等有害物质元素，促使煤焦油成分中烯烃更加饱和，这对于生产高品质的燃料油来说是关键，这种燃料油生产还能降低大气污染，提升煤焦油的使用效率，实现煤焦油社会效益、经济效益以及环境效益的共同提升。此外，中低温煤焦油加氢制燃料油的技术工艺比较先进，技术工艺流程还在进一步优化，工艺处理中还使用了很多的循环资源利用环节设置，能够提升资源利用率，使得产品附加值提升，符合可持续发展战略要求。

6 减压塔底泵选型优化

在加氢裂化装置中，对于高温含固工作介质的选用泵型一般是离心泵加上plan32机封冲洗方案。此种方式有两方面的特点：一方面，plan32方案经多年实践为高温、含固体颗粒介质冲洗的可靠方案，其优越性在于不仅能够带走机封端面大部分热量，而且能够避免颗粒积聚，是行之有效的机械密封冲洗方案；另一方面，使用plan32冲洗，其需要冲洗液必须具有良好的流动性，且是与工艺介质能相容的冲洗液。选用的冲洗介质一般为柴油或蜡油，冲洗量大约为0.5～2t/h，而且外来介质进入泵体后无法回收，造成了一种极大的消耗，并且降低了生产效率。

结语

综上所述，经过多个项目的经验，进行设备及管道选材优化：塔顶管道材料维持，管道材料选用，材料选用，对于设备常减压塔选用，减压加热炉炉管材质选用，解决了煤焦油加氢预处理管道及设备腐蚀问题，能满足装置长周期稳定运行。

参考文献

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